ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO

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1 ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA CARRERA DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES PROYECTO DE GRADO PARA LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERÍA ESTUDIO DE FACTIBILIDAD PARA LA MIGRACIÓN DEL SISTEMA MÓVIL UMTS/HSPA A LTE NATHALY VERÓNICA OROZCO GARZÓN Sangolquí Ecuador 2011

2 i CERTIFICACIÓN Certificamos que el presento proyecto de grado titulado ESTUDIO DE FACTIBILIDAD PARA LA MIGRACIÓN DEL SISTEMA MÓVIL UMTS/HSPA A LTE ha sido desarrollado en su totalidad por la Señorita NATHALY VERÓNICA OROZCO GARZÓN con cédula de identidad , bajo nuestra dirección. Ing. Gonzalo Olmedo, Ph.D DIRECTOR Ing. Rubén León, MSc CODIRECTOR

3 ii RESUMEN En el presente proyecto de grado titulado ESTUDIO DE FACTIBILIDAD PARA LA MIGRACIÓN DEL SISTEMA MÓVIL UMTS/HSPA A LTE, se analizaron las técnicas de acceso de las tecnologías WCDMA, OFDMA y SC-FDMA con su respectiva arquitectura y se analizó la factibilidad de migración entre ellas. Adicionalmente, a nivel de red se analizó las características principales de cada parte de la red, para poder interconectarlas con LTE y que dispositivos se deben modificar para su respectiva migración. También se analizó la migración a nivel de espectro, ya que es muy importante verificar la utilización de las bandas de frecuencias en el Plan Nacional de Frecuencias del Ecuador. Si es muy cierto que LTE ofrece gran flexibilidad de espectro, pero este aspecto ya es cuestión del ente regulador y no solamente de las operadoras de SMA, por lo que se debe tener en cuenta su disponibilidad en cuanto a banda de frecuencias y en cuanto a la mejor canalización de esta. Finalmente, se pretende dar a conocer los resultados del estudio que ayuden con la migración de las tecnologías, ya que se determino que en los próximos años, la capacidad actual de la red UMTS/HSPA del Operador de Prueba no será suficiente para brindar servicios de banda ancha móvil con tasas de transmisión adecuadas para las aplicaciones existentes y nuevas que aparezcan en el mercado, por este motivo se propone considerar una posible implementación de la tecnología LTE en el Ecuador a fin de poder brindar nuevas y mejores aplicaciones con mayores tasas de transmisión.

4 iii DEDICATORIA A mi madre Amparito, que más que madre es una gran amiga y con sus dulces consejos me ha apoyado y dado la fuerza que necesito. A mi padre Iván, que con su ejemplo me ha enseñado a ser una persona sencilla, y llena de provecho. A mis hermanos Iván y Pablo que con su sola presencia alegran mi corazón. Para ellos por ser la razón de mi vida. Nathaly Verónica Orozco Garzón

5 iv AGRADECIMIENTO Mientras transcurre el tiempo voy notando y percibiendo, que los mayores esfuerzos, por más individuales que parezcan, siempre están acompañados de apoyos incondicionales para lograr concretarlos. En este gran sueño debo mi eterno agradecimiento: A Dios, por mostrarme todos los días su grandeza, llenarme de fuerzas e iluminarme cada segundo para la realización de este proyecto de grado. A mis padres, que con su gran amor supieron guiarme, apoyarme y aconsejarme para ser una persona de bien, y gracias a los valores que me inculcaron se que llegaré a cumplir todos mis sueños y mis metas, y nunca terminare de agradecerles todo lo que hicieron por mí, simplemente son los mejores padres del mundo. A mis hermanos, porque siempre estuvieron dándome sus palabras de aliento para cumplir este sueño, y que con su sola presencia llenan de luz mi vida. A Henry Carvajal, quien con cariño y preocupación asistió cada momento en la realización de este proyecto, y es un apoyo incondicional en cada segundo de mi vida. A mi director de tesis PhD. Gonzalo Olmedo y a mi codirector MSc. Ing. Rubén León, por su apoyo y su valiosa ayuda, que gracias a su sabiduría y enseñanza he podido culminar este proyecto con éxito. A la Escuela Politécnica del Ejército y sus docentes, por ser una excelente institución y excelentes maestros, ya que me han preparado para enfrentar a todos los retos que se presentan en la vida profesional. A mi familia y amigos, ya que ellos me brindan la inspiración para salir adelante y ser cada día mejor en todo sentido.

6 v PRÓLOGO En la actualidad los sistemas de telecomunicaciones móviles han ido evolucionando rápidamente, incrementando sus tasas de transmisión, brindando flexibilidad en espectro, disminuyendo latencias, incrementando su ancho de banda, en fin ofreciendo cada vez más y mejores servicios y aplicaciones a sus usuarios con calidad y seguridad, que van desde una simple conversación telefónica hacia la transferencia de archivos o videoconferencias sin restricciones de lugar ni tiempo. La primera y segunda generación de las telecomunicaciones móviles, tuvieron como principal objetivo dar soporte de comunicaciones de voz, aunque pueden emplearse para la transmisión de datos a baja velocidad y por tanto no satisfacen los requerimientos de transmisión de grandes volúmenes de información a altas velocidades entre dispositivos terminales. Debido a que las operadoras de telefonía móvil buscan incrementar la capacidad de los sistemas respecto a las redes móviles actuales esto se refleja en peticiones de incremento de ancho de banda al ente regulador de las telecomunicaciones se da el siguiente paso en la evolución de las telecomunicaciones, que son las Redes de Cuarta Generación una de ellas y la más desarrollada actualmente es LTE (Long Term Evolution), la cual es un nuevo estandar de la norma 3GPP, que fue promovido a finales de 2004 para trabajar sobre la evolución del estándar de comunicación de Tercera Generación WCDMA, que es la base del sistema UMTS/HSPA, LTE puede considerarse el primer eslabón en una supuesta trayectoria evolutiva que debe culminar con el LTE-Advanced. Lo novedoso de la tecnología LTE es la interfaz radioeléctrica que propone la cual se basa en OFDMA para el enlace descendente y SC-FDMA para el enlace ascendente. La modulación elegida hace que las diferentes tecnologías de antenas MIMO tengan una mayor facilidad de implementación y favorece según el medio, hasta cuatro veces la eficacia de transmisión de datos.

7 vi Adicionalmente, LTE ofrece un aumento de la eficiencia, reducción de los costos de implementación, la ampliación y mejora de los servicios ya prestados, una mayor integración con los protocolos ya existentes, menor latencia, transmisión de datos a altas velocidades, y sobre todo una gran flexibilidad de espectro. El presente proyecto de grado pretende dar a conocer los aspectos más importantes de las redes UMTS/HSPA y LTE para analizar su posible migración en el Ecuador, aspectos importantes a nivel de red y a nivel de espectro, que deben ser considerados por las operadoras de telefonía móvil. A continuación se presenta un breve resumen del contenido del proyecto de grado el cual se encuentra estructurado de la siguiente manera: En el Capítulo 1 se presentan los conceptos básicos de los sistemas de telecomunicaciones móviles, así como, las técnicas de acceso múltiple para brindar un uso eficiente del espectro radioeléctrico. Más adelante se da a conocer la evolución de los sistemas móviles en general, para entender y comparar el avance de éstas tecnologías. Finalmente, se analizan su funcionamiento y características principales de las interfaces radioeléctricas WCDMA para la tecnología UMTS/HSPA y OFDMA, SC-FDMA y tecnologías MIMO, para la tecnología LTE. En el Capítulo 2 se analiza detalladamente la arquitectura para la tecnología UMTS y su evolución a HSPA y las características respectivas de la arquitectura de esta tecnología, así como también la arquitectura para la tecnología LTE y las características respectivas de la arquitectura de esta tecnología. Adicionalmente, se determinará las bandas de frecuencias de cada una de estas tecnologías en función de las recomendaciones de la 3GPP. Lo expuesto anteriormente permitirá establecer un posible plan de migración de la tecnología UMTS/HSPA a LTE. En el Capítulo 3 se realizará un análisis que permita determinar las semejanzas o diferencias que tienen las arquitecturas de las redes UMTS/HSPA y LTE, a fin de poder verificar si es posible realizar una migración en función de los elementos de ambas redes. Adicionalmente, se analizarán las posibles bandas de frecuencias que pueden ser utilizadas para el despliegue de los sistemas móviles 4G, teniendo en cuenta las bandas que son

8 vii empleadas actualmente para los sistemas 3G, así como también las nuevas bandas propuestas por la UIT, 3GPP y las bandas liberadas debido a la implementación de los sistemas de televisión digital terrestre (TDT) a nivel mundial. En el Capítulo 4 se considerará un caso de estudio para evaluar la factibilidad de migración de la tecnología UMTS/HSPA a LTE en la red de un Operador de Servicio Móvil Avanzado (SMA). Adicionalmente, se describe la evolución de los sistemas móviles en el Ecuador, haciendo énfasis en las tres operadoras de SM y se analizan las bandas de frecuencias con mayor acogida a nivel mundial para el despliegue de sistemas LTE y se plantean canalizaciones para dichas bandas en función de la situación actual y las necesidades específicas del Ecuador. En el Capítulo 5 se presentan las conclusiones y recomendaciones que se recogen del análisis realizado a través del presente estudio de la factibilidad para la migración de UMTS/HSPA a LTE en el Ecuador.

9 viii ÍNDICE DE CONTENIDO CERTIFICACIÓN i RESUMEN ii DEDICATORIA iii AGRADECIMIENTO iv PRÓLOGO v ÍNDICE DE CONTENIDO viii ÍNDICE DE FIGURAS xi ÍNDICE DE TABLAS xiv CAPÍTULO 1 CONCEPTOS BÁSICOS 1.1 Introducción Técnicas de Acceso Múltiple FDMA (Acceso Múltiple por División de Frecuencias) TDMA (Acceso Múltiple por División de Tiempo) CDMA (Acceso Múltiple por División de Código) SDMA (Acceso Múltiple por División de Espacio) OFDMA (Acceso Múltiple por División de Frecuencias Ortogonales) Evolución de los sistemas de comunicaciones móviles Primera generación (1G) Segunda generación (2G) Segunda generación y media (2.5G) Tercera generación (3G) Cuarta generación (4G) Interfaz radioeléctrica WCDMA Factor de esparcimiento Modulación Codificación Tipos de Códigos utilizados por WCDMA 21

10 ix Control de Potencia Handover Reúso de frecuencias Interfaz radioeléctrica OFDMA OFDMA en LTE Interfaz radioeléctrica SC-FDMA SC-FDMA en LTE Técnicas MIMO MIMO en LTE 40 CAPÍTULO 2 TECNOLOGÍAS MÓVILES UMTS/HSPA Y LTE 2.1 Introducción Tecnología móvil 3G UMTS Arquitectura de la red Evolución de la tecnología móvil UMTS a HSPA Espectro utilizado Tecnología móvil 4G LTE Arquitectura de la red Espectro utilizado 70 CAPÍTULO 3 FACTIBILIDAD PARA LA MIGRACIÓN DE LA TECNOLOGÍA MÓVIL UMTS/HSPA A LA TECNOLOGÍA LTE. 3.1 Introducción Comparación entre las arquitecturas de la red de las tecnologías móviles Factibilidad para la migración de las tecnologías móviles actuales a la tecnología LTE a nivel de red Bandas de frecuencia empleadas en UMTS/HSPA que pueden ser utilizadas para LTE Factibilidad para la migración de las tecnologías móviles UMTS/HSPA a la tecnología LTE a nivel de espectro. 92

11 x CAPÍTULO 4 CASO DE ESTUDIO EN EL ECUADOR (MIGRACIÓN DE UMTS/HSPA A LTE PARA LOS OPERADORES DE SERVICIO MÓVIL AVANZADO) 4.1 Introducción Situación actual en el Ecuador Operadores de SMA y tecnologías desplegadas en el Ecuador Bandas de frecuencias asignadas para el SMA en el Ecuador Nuevas bandas para la implementación de sistemas 4G LTE en el Ecuador Propuestas de canalización para la implementación de sistemas 4G LTE Características de la red del operador de prueba Espectro concesionado para el operador de prueba Parámetros de dimensionamiento de la red UMTS/HSPA del Operador de Prueba Capacidad de la red UMTS/HSPA del Operador de Prueba Incremento del número de usuarios y del tráfico en la tecnología UMTS/HSPA en la red del operador de prueba Resultados del Estudio Consideraciones a nivel de Red Consideraciones a nivel de Espectro Radioeléctrico Consideraciones a nivel de Terminales 140 CAPÍTULO 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIOES 5.1 Conclusiones Recomendaciones 145

12 xi ÍNDICE DE FIGURAS CAPÍTULO 1 CONCEPTOS BÁSICOS Figura 1. 1 Técnicas de acceso múltiple 2 Figura 1. 2 FDMA (Acceso Múltiple por División de Frecuencia) 3 Figura 1. 3 TDMA (Acceso Multiple por División de Tiempo) 4 Figura 1. 4 CDMA (Acceso Múltiple por División de Código) 4 Figura 1. 5 SDMA (Acceso Múltiple por División de Espacio) 5 Figura 1. 6 OFDMA (Acceso Múltiple por División de Frecuencias Ortogonales) 6 Figura 1. 7 Evolución de los sistemas móviles 7 Figura 1. 8 Interfaces radioeléctricas IMT Figura 1. 9 Flexibilidad de espectro 17 Figura Diferencias entre TDD y FDD 17 Figura Aplicaciones para LTE 19 Figura Portadora de WCDMA y sus dimensiones 19 Figura Fenómeno de cell breathing 23 Figura Proceso de Handover 23 Figura Proceso de Hard Handover 24 Figura Proceso de Softer Handover 25 Figura Proceso de Soft Handover 25 Figura Reúso de frecuencias 26 Figura Interfaz Radioeléctrica OFDMA 27 Figura Resultados de la operación FFT con diferentes entradas 29 Figura Datos a la salida del conversor serial a paralelo y del modulador 30 Figura Señal de salida en el bloque IFFT 30 Figura Transmisor y Receptor para OFDMA 31 Figura OFDMA la asignación de recursos en LTE 33 Figura Características de la señal sobre OFDMA 33 Figura Requisitos del amplificador de potencia de interrupción para la entrada de diferentes formas de onda 34 Figura OFDMA y SC-FDMA. 35 Figura SC-FDMA transmisor y receptor 36 Figura Modos de sub-mapeo de portadoras 37 Figura Asignación de recursos en SC-FDMA 38 Figura Compartición de recursos en el dominio de la frecuencia para SC-FDMA 39 Figura Técnica MIMO 39 Figura MIMO principio con la configuración de antena 2x2 41

13 xii Figura Símbolos de referencia OFDMA para soportar dos antenas de transmisión en un enodo B 41 Figura Multi-usuario principio MIMO con una sola antena de transmisión 42 CAPÍTULO 2 TECNOLOGÍAS MÓVILES UMTS/HSPA Y LTE Figura 2. 1 Arquitectura UMTS: modelo conceptual 45 Figura 2. 2 Elementos de red y sus conexiones para la transferencia de datos del usuario 46 Figura 2. 3 Arquitectura portadora en una red UMTS 52 Figura 2. 4 Elementos de una red UMTS 53 Figura 2. 5 Ejemplo de asignación del uso de frecuencias para la tecnología UMTS en Europa55 Figura 2. 6 Arquitectura del sistema para E-UTRAN 58 Figura 2. 7 Conexiones enodob para otros nodos lógicos y funciones principales 62 Figura 2. 8 Conexiones MME con otros nodos lógicos y funciones principales 64 Figura 2. 9 Conexiones S-GW con otros nodos lógicos y funciones principales 65 Figura Conexiones P-GW con otros nodos lógicos y funciones principales 66 Figura Conexiones PCRF con otros nodos lógicos y funciones principales 67 Figura Interfaces que intervienen en la arquitectura LTE 69 Figura Estrategias para optimizar el uso del espectro para la tecnología LTE 72 CAPÍTULO 3 FACTIBILIDAD PARA LA MIGRACIÓN DE LA TECNOLOGÍA MÓVIL UMTS/HSPA A LA TECNOLOGÍA LTE. Figura 3. 1 Comparación entre la arquitectura UMTS/HSPA y la arquitectura LTE 74 Figura 3. 2 Comparación de arquitecturas de 2G/3G (UMTS/HSPA) con 4G (LTE) 76 Figura 3. 3 Arquitectura del Sistema para redes de acceso 3GPP 78 Figura 3. 4 Arquitectura del Sistema para redes de acceso 3GPP y no 3GPP 85 Figura 3. 5 Arquitectura del Sistema Simplificada mostrando solamente S2c 85 Figura 3. 6 Interfaces del servidor AAA 3GPP y principales funciones 88 Figura 3. 7 Arquitectura del Sistema para el trabajo entre redes 3GPP y cdma Figura 3. 8 Mapa de espectro para IMT 92

14 xiii CAPÍTULO 4 CASO DE ESTUDIO EN EL ECUADOR (MIGRACIÓN DE UMTS/HSPA A LTE PARA LOS OPERADORES DE SERVICIO MÓVIL AVANZADO) Figura 4. 1 Mapa del Ecuador con los sitios que proporcionan el servicio de telefonía móvil celular 98 Figura 4. 2 Porcentaje de líneas activas de las operadoras móviles en el Ecuador 99 Figura 4. 3 Bandas de frecuencias concesionadas para el SMA en el Ecuador para CONECEL S.A. 101 Figura 4. 4 Bandas de frecuencias concesionadas para el SMA en el Ecuador para OTECEL S.A. 103 Figura 4. 5 Bandas de frecuencias concesionadas para el SMA en el Ecuador para CNT- ALEGRO E.P. 105 Figura 4. 6 Bandas de frecuencias concesionadas para el SMA en el Ecuador 106 Figura 4. 7 Cantidad de espectro adjudicado para servicios móviles en países seleccionados 107 Figura 4. 8 Costos de despliegue de una red LTE en función del ancho de banda 108 Figura 4. 9 Costo por MHz por usuario de la banda de 700 MHz 110 Figura Costo por MHz por usuario de la banda de AWS en USA 112 Figura Costo por MHz por usuario de la banda de AWS en Canadá 113 Figura Costo por MHz por usuario en países de la región (Bandas AWS e IMT Core) 113 Figura Costo por MHz por usuario en países del mundo (Banda 2.5 GHz) 115 Figura Alternativa de canalización de USA en la banda de 700 MHz 118 Figura Opción 1 de la APT para canalización en la banda de 700 MHz 119 Figura Opción 2 de la APT para canalización en la banda de 700 MHz 119 Figura Opción 3 de la APT para canalización en la banda de 700 MHz 120 Figura Opción 4 de la APT para canalización en la banda de 700 MHz 120 Figura Arreglos de canales que se puede realizar con la opción 4 de la APT 121 Figura Opción 5 de la APT para canalización en la banda de 700 MHz 121 Figura Propuesta de canalización de la banda AWS por la FCC 122 Figura Opción 1 de la ITU para canalización en la banda de 2.5 GHz 123 Figura Opción 2 de la ITU para canalización en la banda de 2.5 GHz 123 Figura Opción 3 de la ITU para canalización en la banda de 2.5 GHz 123 Figura Bandas de frecuencias concesionadas para el SMA del Operador de Prueba _ 126 Figura Bandas de frecuencias con bandas de guarda concesionadas para el SMA del Operador de Prueba 126 Figura Throughput promedio en el downlink en función del promedio y el número de códigos HS-DSCH empleados 129 Figura Incremento de líneas activas de octubre del 2010 a abril del 2011 del operador de prueba 130

15 xiv Figura Incremento de líneas activas de voz para la tecnología UMTS/HSPA del Operador de Prueba 131 Figura Incremento de líneas activas de voz para la tecnología GSM del Operador de Prueba 131 Figura Incremento de líneas activas de datos para la tecnología UMTS/HSPA del Operador de Prueba 132 Figura Throughput correspondiente a la transmisión de datos y voz que soporta cada NodoB en la red UMTS/HSPA del Operador de Prueba 133 Figura Proyección de trafico de 3 años en la red UMTS/HSPA del Operador de Prueba134 Figura Posible canalización para LTE en el Ecuador en la banda de 1900 MHz 137 Figura Propuesta de distribución de espectro para UMTS/HSPA y GSM en la banda de 1900 MHz 138 Figura Propuesta de canalización para la banda AWS en el Ecuador 139 Figura Propuesta de canalización para la banda de 2.5 GHz en el Ecuador 140 Figura Terminales de usuario que soportan la tecnología LTE 141 ÍNDICE DE TABLAS CAPÍTULO 1 CONCEPTOS BÁSICOS Tabla 1. 1 Sistemas móviles de Primera Generación (1G) 8 Tabla 1. 2 Bandas de frecuencias para GSM 11 Tabla 1. 3 Asignación de espectro para IMT Tabla 1. 4 Diferencias principales entre TDD y FDD 18 Tabla 1. 5 Tipos de Códigos para WCDMA 22 Tabla 1. 6 Número de bloques en función del ancho de banda asignado, para el downlink 32 CAPÍTULO 2 TECNOLOGÍAS MÓVILES UMTS/HSPA Y LTE Tabla 2. 1 Bandas de frecuencias para WCDMA según 3GPP 56 Tabla 2. 2 Bandas de frecuencias LTE para FDD 71 Tabla 2. 3 Bandas de frecuencias LTE para TDD 72

16 xv CAPÍTULO 3 FACTIBILIDAD PARA LA MIGRACIÓN DE LA TECNOLOGÍA MÓVIL UMTS/HSPA A LA TECNOLOGÍA LTE. Tabla 3. 1 Resumen de las interfaces y protocolos adicionales en la 3GPP del trabajo entre redes de la configuración de la arquitectura del sistema 82 CAPÍTULO 4 CASO DE ESTUDIO EN EL ECUADOR (MIGRACIÓN DE UMTS/HSPA A LTE PARA LOS OPERADORES DE SERVICIO MÓVIL AVANZADO) Tabla 4. 1 Porcentaje de líneas activas de las operadoras móviles en el Ecuador 99 Tabla 4. 2 Comparación de los beneficios económicos al utilizar la banda de 700 MHz en USA: Sistemas móviles vs Sistemas de Televisión 110 Tabla 4. 3 Parámetros de dimensionamiento de la red UMTS/HSPA del Operador de Prueba127 Tabla 4. 4 NodoBs que sobrepasan el límite teórico de capacidad (3.33 Mbps) 134

17 GLOSARIO 1G Primera Generación de las comunicaciones móviles celulares 2G Segunda Generación de las comunicaciones móviles celulares 2.5G Evolución de los sistemas móviles celulares pertenecientes a la 2G 3G Tercera Generación de las comunicaciones móviles celulares 3.5G Evolución de los sistemas móviles celulares pertenecientes a la 3G 4G Cuarta Generación de las comunicaciones móviles celulares 3GPP Proyecto de Asociación para la Tercera Generación 8-PSK 8-Phase Shift Keying AAS Sistema Avanzado de Antenas ADSL Línea de Abonado Digital Asimétrica AMC Modulación y Codificación Adaptativa AMP Sistema Americano de Telefonía Móvil AMPS Servicio Telefónico Móvil Avanzado ANATEL Agencia Nacional de Telecomunicaciones ANs Redes de Acceso APT Asia Pacific Telecommunity ARQ Petición de Repetición Automática AuC Centro de autenticación AWS Servicio Inalámbrico Avanzado BBERF Bearer Binding and Event Reporting Function BCH Canal de Broadcast BER Tasa de Error de Bit BPSK Esquema de Modulación de Fase Binario BS Estación Base BSC Estación Base de Control BTS Estación Base CAMR Conferencia Administrativa Mundial de Radiocomunicaciones CDMA Acceso Múltiple por División de Código

18 CITEL CEPT CN CNT COFETEL COMFER CONECEL CP CSFB CS D-AMPS DECT DFT DL DS-CDMA DVB-H EDGE E-HRPD EIR EPC EPDG EPS E-UTRAN ENODOB EV-DO FCC FDD FDMA FFT GERAN GGSN GMSC GPRS GSM Comisión Interamericana de Telecomunicaciones Conferencia Europea de Correos y Telecomunicaciones Núcleo de la Red Corporación Nacional de Telecomunicaciones Comisión Federal de Telecomunicaciones Comité Federal de Radiodifusión Consorcio Ecuatoriano de Telecomunicaciones Plano de Control Circuit Switched Fall Back Conmutación de Circuitos Servicio Digital Telefónico Móvil Avanzado Telecomunicaciones Inalámbricas Mejoradas Digitalmente Transformada Discreta de Fourier Downlink (Enlace descendente) CDMA con Secuencia Directa Digital Video Broadcasting Handheld Tasas de Transmisión Mejoradas para la Evolución de GSM HRPD Evolucionado Registro de identidad de los equipos Evolved Packet Core Network Evolved Packet Data Gateway Sistema de Paquetes Evolucionado Red de Acceso de Radio Terrestre UMTS Evolucionada Radiobase en la Arquitectura LTE Evolution-Data Optimized Federal Communications Commission Duplexión por División de Frecuencia Acceso Múltiple por División de Frecuencias Transformada Rápida de Fourier GSM EDGE Red de Acceso de Radio Gateway para el nodo de soporte de servicios GPRS Gateway MSC Servicio General de Paquetes vía Radio Sistema Global para Comunicaciones Móviles

19 GSMA GSM Association GTP GPRS Tunnelling Protocol GUTI Globally Unique Temporary Identity HARQ Petición de Repetición Automática Híbrida HLR Registro de Localizacción de Usuarios Locales HRPD High Rate Packet Data HSDPA Acceso a Paquetes de Alta Velocidad en el enlace Descendente HS-DPCCH Canal de Control Dedicado de Alta Velocidad (Enlace Ascendente) HS-DSCH Canal Compartido para el enlace Descendente de Alta Velocidad HSGW HRPD Serving Gateway HSPA Acceso a Paquetes de Alta Velocidad HSS Servidor de Subscripción Local HSUPA Acceso a Paquetes de Alta Velocidad en el enlace Ascendente IDFT Transformada Inversa Discreta de Fourier IETF Internet Engineering Task Force IFFT Transformada Inversa Rápida de Fourier IMEI Identidad Internacional de Equipo Móvil IMS IP Multimedia Sub-System IMSI International Mobile Subscriber Identity IMT Telecomunicaciones Móviles Internacionales IP Protocolo de Internet IS Sistema Provisional ISDN Red Digital de Servicios Integrados LTE Long Term Evolution MCM Multi Carrier Modulation ME Equipo móvil MIMO Múltiples Entradas Múltiples Salidas MINTIC Ministerio de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones MIP Mobile Internet Protocol MM Gestión de Movilidad MMDS Servicio de Distribución Multipunto Multicanal MME Mobility Management Entity MMS Servicio de Mensajes Multimedia MMSE Error cuadrado promedio mínimo

20 MSC MT MU-MIMO MVNO NMTS NODO B NTT OFDM OFDMA OTECEL PAPR PCS PCC PCMCIA PCEF PCF PCRF PDN P-GW PLMN PMIP PN PNF PS PSTN QAM QPSK QoS RAN NC RNS RRM SAE Centro de Switcheo Móvil Terminación Móvil Multiples Usuarios - Múltiples Entradas Múltiples Salidas Mobile Virtual Network Operator Sistema de Telefonía Móvil Nórdico Radiobase en la Arquitectura UMTS Corporación de Telefonía y Telegrafía de Japón Multiplexación Ortogonal por División de Frecuencia Acceso Múltiple por División de Frecuencias Ortogonales Operadora Telefónica Movistar Relación de Potencia Pico promedio Servicio de Comunicaciones Personales Políticas y Control de Carga Asociación Internacional Centrada en el Desarrollo de Tarjetas de Memoria para Ordenadores Personales Policy and Charging Enforcement Function Función de Control de Paquetes Políticas y Funciones de Carga de Recursos Public Data Network Gateway de Paquetes de datos Public Land Mobile Network Proxy MIP Pseudo-ruido Plan Nacional de Frecuencias Conmutación de Paquetes Red de Telefonía Switcheada Pública Modulación en Amplitud y Cuadratura Esquema de Modulación de Fase y Cuadratura Calidad de servicio Red de Acceso Radio Controlador de la Red de Radio Subsistema de la Red de Radio Radio Resource Management System Architecture Evolution

21 SC-FDMA Single Carrier FDMA SDM Multi-canalización por División de Espacio SDMA Acceso Múltiple por División de Espacio SGSN Nodo de soporte de servicios GPRS S-GW Gateway de servicio SMA Servicio Móvil Avanzado SMS Servicio de Mensajes Cortos SNR Relación Señal a Ruido SR-VCC Single Radio Voice Call Continuity STMC Servicios de Telecomunicaciones Móviles Celulares SUPERTEL Superintendencia de Telecomunicaciones TA Tracking Area TACS Sistema de Comunicaciones de Acceso Total TDD Duplexión por División de Tiempo TDMA Acceso Múltiple por División de Tiempo TE Equipamiento Terminal TIA Telecommunications Industry Association TTI Tiempo de un Intervalo de Transmisión UE Equipo de usuario UHF Ultra High Frequency UICC Universal Integrated Circuit Card UIT Unión Internacional de Telecomunicaciones UMTS Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles UL Uplink (Enlace ascendente) UP User Plane USIM Módulo de Identidad de Suscriptor UMTS UTRA Acceso de Radio Terrestre Universal UTRAN Red de Acceso de Radio Terrestre UMTS VLR Registro de Localización de Usuarios Visitantes VoIP Voz sobre IP VPLMN Public Land Mobile Network Visitant LPLMN Public Land Mobile Network Home WCDMA Acceso Múltiple por División de Código de Banda Ancha WWW Red Global Mundial

22

23 CAPÍTULO 1 CONCEPTOS BÁSICOS 1.1 INTRODUCCIÓN Los sistemas de comunicaciones inalámbricos se han convertido en el segmento de mayor crecimiento y mayor rapidez dentro de las diferentes áreas de las telecomunicaciones. La telefonía móvil ha evolucionado notablemente, así en la actualidad se ha desarrollado la tecnología LTE (Long Term Evolution), que es un nuevo estándar de la norma 3GPP. Definida para unos como una evolución de la norma 3GPP UMTS (3G) para otros constituye un nuevo concepto de arquitectura evolutiva (4G). De hecho LTE será la clave para el despegue del internet móvil, servicios de transmisión de datos a mayores distancias y videos de alta definición, gracias a la tecnología de acceso OFDMA. Al ser esta una tecnología totalmente basada en IP (Internet Protocol), LTE impulsará una transformación importante de las redes debido a la migración de aplicaciones y servicios tradicionales basados en circuitos a un entorno totalmente IP. La novedad de LTE es la interfaz radioeléctrica basada en OFDMA para el enlace descendente (DL) y SC-FDMA para el enlace ascendente (UL). La modulación elegida por el estándar 3GPP hace que las diferentes tecnologías de antenas (MIMO) adquieran gran facilidad en la implementación, esto favorece según el medio de hasta cuadruplicar la eficiencia de transmisión de datos [21]. En este capítulo se pretende dar a conocer aspectos generales de las comunicaciones móviles, como son las técnicas de acceso múltiple para brindar un uso eficiente del espectro radioeléctrico, así como también analizar la evolución de los sistemas móviles para entender y comparar el avance de éstas tecnologías. Finalmente, se analizan las interfaces radioeléctricas WCDMA para UMTS y OFDMA, SC-FDMA y tecnologías MIMO, para posteriormente analizar el funcionamiento de la tecnología LTE.

24 CAPÍTULO 1. GENERALIDADES TÉCNICAS DE ACCESO MÚLTIPLE El propósito del acceso múltiple en un sistema de comunicaciones es permitir que los recursos de comunicación puedan ser compartidos con varios usuarios manteniendo la comunicación con otros de forma simultánea, por tanto este constituye uno de los factores más importantes dentro de un sistema de comunicaciones debido a que establece la manera en como los usuarios acceden al medio. El control de los recursos radioeléctricos es ahora una parte importante para cualquier red móvil que posea un gran número de abonados. El principio fundamental para cualquier esquema de acceso múltiple, radica en saber de qué manera se comparte el ancho de banda disponible, siendo un problema las características intrínsecas de los sistemas radioeléctricos es decir la limitación del ancho de banda, desvanecimiento por múltiples trayectos e interferencias. Un uso eficiente de las frecuencias, es el que permite tantos usuarios simultáneos como sea posible utilizando el ancho de banda fijo dentro de los parámetros regulados, para conseguirlo se han desarrollado varias técnicas de acceso múltiple como se muestra en la figura 1.1, entre las más importantes se tiene: FDMA (Acceso Múltiple por División de Frecuencias). TDMA (Acceso Múltiple por División de Tiempo). CDMA (Acceso Múltiple por División de Código). SDMA (Acceso Múltiple por División de Espacio). OFDMA (Acceso Múltiple por División de Frecuencias Ortogonales). Figura 1. 1 Técnicas de acceso múltiple [1].

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